A sav-bázis indikátor (lat. indicare, jelez szóból) olyan anyag, amely színváltozással jelzi egy oldat kémhatásának megváltozását. A legismertebb sav-bázis indikátorok: lakmusz, fenolftalein.
A sav-bázis indikátorok olyan gyenge savak vagy gyenge bázisok, amelyek disszociációja során színváltozás következik be. Ez annak a következménye, hogy a kation és az anion más színű, mint a disszociálatlan molekula. Ezen folyamatok során a molekulán belül kötésátrendeződés is megtörténhet, ebből adódik a színváltozás. Az egyes indikátorok színváltozása meghatározott pH-intervallumban következik be, melyet átcsapási tartománynak is hívnak.
Elmélet
Az indikátor vegyületek által végzett pH-mérést kolorimetriás mérésnek nevezik. Ehhez indikátoranyagokat alkalmaznak, amelyek meghatározott pH-értékek esetén megváltoztatják színüket – ezt a színváltozást nevezik átcsapásnak.[1] A mérés papírral és oldattal végezhető. Előbbi esetben olyan szívóképes szűrőpapírokat alkalmaznak, amelyeket indikátoranyagokkal impregnáltak. Ezek pontos pH-mérésre nem alkalmasak, ám mivel gyors és egyszerű megoldást jelentenek, igen népszerűek. A segítségükkel elsősorban az határozható meg, hogy savas vagy lúgos-e a pH.
A kolorimetriás mérések leggyakoribb hibalehetőségei:[2][3]
Hőmérséklet hiba: A pH-indikátor papírok skálája általában 20 Celsius-fokra kalibráltak. Az ettől eltérő hőmérsékleten történő mérések nem vehetőek pontosnak, általában további mérések szükségesek az érték pontos meghatározásához.
Sajátszín hiba: A kolorimetriás pH-mérésnél az indikátor színátcsapása szolgál a mérési eredmény alapjául. Amennyiben a vizsgálandó oldat maga is színes, úgy a sajátszín zavarhatja a pontos leolvasást.
Sav-bázis hiba: A sav-bázis indikátorok kémiai összetételüket illetően maguk is savakat, illetve bázisokat tartalmazó anyagok. Az indikátorok ionszegény mérendő közegbe (pl. desztillált víz, igen gyengén hidrolizált sav-, illetve lúgoldatok) juttatása, illetve mártása következtében kis mértékben beoldódnak, és így megváltoztatják a mérendő közeg pH-ját, amit azután a maradék indikátor rész visszamér. Ezt a szakirodalom ún. sav-bázis hibaként említi, és akár 1 pH egység hibához is vezethet kedvezőtlen esetben, amikor a híg, ionszegény, illetve nem pufferolt oldatok mérése történik. A pufferek kétkomponensű stabil kémhatású oldatok. Kémhatásuk akkor sem változik (bizonyos kapacitáshatárig) ha eltérő kémhatású oldatot adagolunk hozzá, így megakadályozzák, hogy a mérési eljárás során a pH-érték megváltozzon.[4] Ugyanez a hiba indikátor oldat alkalmazása esetén tizedrészre csökkenthető. Más esetekben úgynevezett „nem vérző” indikátorcsíkokat lehet használni az ilyen hiba kiküszöbölése céljából.
Sóhiba: A hidrogénionokon kívül – ha jóval kisebb mértékben is, de – hatással vannak az indikátorok színváltozására a különféle kationok is. Éppen ezért tömény sóoldatokban előfordulhat kismértékű színeltolódás. Ezt a jelenséget nevezik sóhibának. Amennyiben a sókoncentráció 0,2 mol/l alatt van, akkor egyáltalán nem jelentkezik ez a probléma.
Alkoholhiba: Indikátorral „színezett” alkoholos oldatoknál előfordul, hogy ugyanolyan színt mutató indikátoros vizes pufferoldattal összehasonlítva nem egyforma kémhatású oldatok vannak a háttérben. Az oldószerváltozás bizonyos mértékben eltolhatja a sav-bázis egyensúlyt, aminek következtében az indikátor konstansok is megváltoznak.
Alkaloidhiba: Alkaloidokat tartalmazó oldatokban, ha indikátort cseppentenek bele, alkaloidszármazékok keletkezése figyelhető meg, amely megnehezíti, illetve pontatlanná teszi a mérést. Alkaloidok jelenléte esetében ajánlatos a vakérték meghatározása az alkaloidhiba mértékének tisztázása céljából.
Az indikátorok működése
A sav-bázis indikátorok gyenge savak vagy gyenge bázisok, melyek általános reakcióvázlata így írható fel:
A HInd itt a savat, az Ind- pedig az indikátor konjugált bázisát jelöli. Ezek aránya adja meg a színt és kapcsolja azt a pH-értékhez.
Alkalmazásuk
A sav-bázis indikátorokat gyakran használják titrálási folyamatoknál az analitikai kémia és biológia területén, hogy meghatározzák egyes kémiai folyamatok kimenetelét. Problémát jelenthet és jelentős szubjektív hibákhoz vezethet a „detektorok” (ez esetben az emberi szem) sokfélesége, amellyel a színt meghatározzák. Az indikátorok alkalmazása azért okoz gyakran elvi hibát, mert a színátcsapás pH-ja ritkán egyezik meg az ekvivalenciapont pH-jával.[5] Az olyan esetekben, amikor a pH pontos meghatározására van szükség, gyakran pH-metriás módszert alkalmaznak. Egyes esetekben, amikor csak a pH körülbelüli meghatározása szükséges, több indikátort használnak, hogy egyenletes színváltozást érjenek el egy nagyobb pH-érték tartományban.
Az alábbi táblázatban laboratóriumokban gyakran használt indikátorok láthatóak. Az indikátorok az átcsapási tartományban rendszerint köztes színeket vesznek fel, így például a fenol vörös színt mutat 6,8 és 8,4 pH-érték között. Az indikátor koncentrációja és a hőmérséklet függvényében az átcsapási tartomány némileg eltolódhat.
2 típusuk létezik:
1; Ftaleinek R = COOH
2; Szulfoftaleinek R = SO3H
Főbb képviselőik
Ftaleinek
fenolftalein
krezolftalein
timolftalein
Szulfoftaleinek
fenolvörös
timolkék
brómfenolkék
Természetes indikátorok
A természetben található sok festékanyag között vannak olyanok, amelyek színe állandó, viszont vannak olyanok is, amelyeké nem, mert bizonyos körülmények hatására (akár már napsütésre is) megváltozik a színük. Ezen kívül savas és lúgos hatásra is történhet változás. Ezen színváltozás a sejtnedv pH-értékének megváltozása miatt alakul ki. A legtöbb természetes indikátor ezen az elven működik.
Legfontosabb természetes indikátorok
A vörös káposzta színtartománya különböző pH-értékű oldatokban
